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Description
本発明は、プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を、プリント基板内に埋設した伝熱部材を介して放熱する構造に関する。 The present invention relates to a structure for radiating heat generated by an electronic component mounted on a printed circuit board through a heat transfer member embedded in the printed circuit board.
プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を放熱するため、プリント基板内に伝熱部材を埋設する技術が種々提案されている。 In order to dissipate heat generated by electronic components mounted on a printed circuit board, various techniques have been proposed for embedding a heat transfer member in the printed circuit board.
たとえば、特許文献1〜3では、銅などの金属製の伝熱部材がプリント基板の絶縁層に埋設されていて、その伝熱部材の上方に発熱する電子部品が実装されている。
For example, in
特許文献1では、プリント基板の上下面と内部に配線パターンが設けられ、伝熱部材と電気的に接続された上面の配線パターン上に、電子部品が実装されている。伝熱部材の下面は熱伝導率の高い絶縁層で覆われ、該絶縁層の下面に接触するように放熱部材が設けられている。これにより、電子部品で発生した熱は、上面の配線パターン、伝熱部材、および熱伝導率の高い絶縁層を伝って放熱部材に伝えられ、放熱部材から外部に放熱される。
In
特許文献2では、伝熱部材の下面がプリント基板の絶縁層から露出していて、伝熱部材の上方に、熱伝導率の高い絶縁層と配線パターンとを介して電子部品が実装されている。これにより、電子部品で発生した熱は、配線パターン、熱伝導率の高い絶縁層、および伝熱部材を伝って、伝熱部材の露出した下面から外部に放熱される。
In
特許文献3では、伝熱部材の上面と下面がプリント基板の絶縁層から露出していて、伝熱部材の上方にはんだを介して電子部品が搭載されている。また、プリント基板と伝熱部材の下面に、放熱グリースなどの伝熱材を介して、放熱部材が設けられている。これにより、電子部品で発生した熱は、はんだ、伝熱部材、伝熱材を伝って放熱部材に伝えられ、放熱部材から外部に放熱される。
In
ところで、伝熱部材は、たとえば特許文献3に開示されているように、金属板を厚み方向に打ち抜くこと(プレス加工)により、所定の形状に容易に形成することができる。この場合、伝熱部材の厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁に曲面部(いわゆる“ダレ”)が生じる凸状面となり、伝熱部材の厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁に突出部(いわゆる“バリ”)が生じる凹状面となる。
By the way, a heat-transfer member can be easily formed in a predetermined | prescribed shape by pierce | punching a metal plate in the thickness direction (press process), as disclosed by
特許文献3では、伝熱部材と電子部品の間からはんだが流出するのを防止するため、伝熱部材の凹状面を電子部品と対向するように、プリント基板の上面から露出させている。また、伝熱部材の凸状面を、放熱部材と対向するように、プリント基板の下面から露出させている。
In
また、特許文献4〜6のような金属基板や、特許文献7のような金属スティフナも、金属板を厚み方向に打ち抜くことにより、外形が形成される。そして、その厚み方向に対して垂直な一方の外面がダレのある凸状面となり、他方の外面がバリのある凹状面となる。
Moreover, the outer shape is formed by punching out a metal plate like patent document 4-6 and a metal stiffener like
特許文献4、5では、金属基板の凹状面を、放熱グリースやはんだを介して、放熱部材の上面に設置している。特許文献7では、金属スティフナの凹状面を、接着剤を介して、配線基板の上面に設置している。特許文献6では、金属基板の上面に溝部を設けて、該溝部で金属基板を打ち抜き、該溝部内にバリを生じさせている。そして、金属基板の溝部以外の上面に、配線パターンを設けて、電子部品を実装している。
In
たとえば図6に示すように、プリント基板50に伝熱部材53を埋設して、伝熱部材53の上方に電子部品59を配置し、伝熱部材53の下面をプリント基板50の絶縁層52から露出させると、電子部品59で発生した熱を、絶縁層51と伝熱部材53を通して、プリント基板50の下方へ放熱することができる(特許文献2および3も参照)。しかし、伝熱部材53のバリ53bがある凹状面53aを電子部品59側に向けると、バリ53bが電子部品59と伝熱部材53の間にある絶縁層51に食い込んで、該絶縁層51が損傷し、プリント基板50の絶縁性能や伝熱性能を損なうおそれがある。
For example, as shown in FIG. 6, the
本発明の課題は、プリント基板に実装された電子部品で発生した熱を効率良く放熱するとともに、プリント基板の絶縁性能が損なわれるのを防止することである。 An object of the present invention is to efficiently dissipate heat generated by an electronic component mounted on a printed circuit board and to prevent the insulation performance of the printed circuit board from being impaired.
本発明による電子装置は、発熱する電子部品が実装されたプリント基板と、このプリント基板の下方に設けられた放熱部材とを備えている。プリント基板は、上面に電子部品の実装領域と配線パターンが設けられた第1絶縁層と、第1絶縁層の下面に接するように設けられた第2絶縁層と、実装領域と上下に重なるように第2絶縁層に埋設された伝熱部材とを有する。伝熱部材は、金属板を切断加工することにより所定の形状に形成されている。伝熱部材の厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁に曲面部(ダレ)が形成された凸状面であって、第1絶縁層の下面に接している。伝熱部材の厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁に突出部(バリ)が形成された凹状面であって、第2絶縁層の下面から露出している。放熱部材の上面には、上方へ突出する第1台座が設けられ、この第1台座は、伝熱部材の凹状面における、突出部より内側の領域に接触する。 An electronic device according to the present invention includes a printed circuit board on which an electronic component that generates heat is mounted, and a heat dissipation member provided below the printed circuit board. The printed circuit board overlaps the mounting region with the first insulating layer provided with the mounting region of the electronic component and the wiring pattern on the upper surface, and the second insulating layer provided in contact with the lower surface of the first insulating layer. And a heat transfer member embedded in the second insulating layer . The heat transfer member is formed in a predetermined shape by cutting a metal plate. One outer surface perpendicular to the thickness direction of the heat transfer member is a convex surface having a curved surface portion (sagging) formed at an edge thereof, and is in contact with the lower surface of the first insulating layer. The other outer surface perpendicular to the thickness direction of the heat transfer member is a concave surface in which a protrusion (burr) is formed at the edge, and is exposed from the lower surface of the second insulating layer. An upper surface of the heat dissipation member is provided with a first pedestal projecting upward, and the first pedestal contacts a region of the concave surface of the heat transfer member inside the protrusion.
本発明によると、プリント基板の第2絶縁層に伝熱部材を埋設し、伝熱部材の上方に第1絶縁層を介して電子部品を実装し、伝熱部材の曲面部が形成された凸状面を第1絶縁層の下面に接触させ、伝熱部材の突出部が形成された凹状面を第2絶縁層の下面から露出させている。このため、伝熱部材の凸状面を第1絶縁層に密着させて、電子部品で発生した熱を、第1絶縁層を介して伝熱部材へ伝え易くして、伝熱部材の凹状面から外部へ効率良く放熱することができる。また、伝熱部材の突出部がプリント基板の外側へ向けて配置されるので、該突出部により第1絶縁層が損傷することはなく、プリント基板上の電子部品や配線パターンと伝熱部材とを絶縁する第1絶縁層の絶縁性能が損なわれるのを防止することができる。 According to the present invention, the heat transfer member is embedded in the second insulating layer of the printed circuit board, the electronic component is mounted above the heat transfer member via the first insulating layer, and the curved portion of the heat transfer member is formed. The second surface is brought into contact with the lower surface of the first insulating layer, and the concave surface on which the protrusion of the heat transfer member is formed is exposed from the lower surface of the second insulating layer. Therefore, the convex surface of the heat transfer member is brought into close contact with the first insulating layer, and the heat generated in the electronic component is easily conducted to the heat transfer member through the first insulating layer, and the concave surface of the heat transfer member The heat can be dissipated efficiently to the outside. In addition, since the protruding portion of the heat transfer member is disposed toward the outside of the printed circuit board, the first insulating layer is not damaged by the protruding portion, and the electronic component on the printed circuit board, the wiring pattern, and the heat transfer member It is possible to prevent the insulation performance of the first insulating layer which insulates from being impaired.
また、本発明では、上記電子装置において、第1絶縁層の熱伝導率は、第2絶縁層の熱伝導率より高く、伝熱部材の熱伝導率は、第1絶縁層の熱伝導率より高くてもよい。 In the present invention, in the electronic device , the thermal conductivity of the first insulating layer is higher than the thermal conductivity of the second insulating layer, and the thermal conductivity of the heat transfer member is higher than the thermal conductivity of the first insulating layer. It may be high.
また、本発明では、上記電子装置において、第2絶縁層は積層構造を有し、第1絶縁層と第2絶縁層の間にある第1内層と、第2絶縁層の内部にある第2内層とに、それぞれ配線パターンが設けられてもよい。この場合、その内層の配線パターンは、伝熱部材に対して絶縁されている。 Further, in the present invention, in the electronic device , the second insulating layer has a laminated structure, and the first inner layer between the first insulating layer and the second insulating layer, and the second inside the second insulating layer. Wiring patterns may be provided in the inner layer, respectively. In this case, the wiring pattern of the inner layer is insulated with respect to the heat transfer member.
また、本発明では、上記電子装置において、第2絶縁層の下面に、電子部品の実装領域と配線パターンが設けられてもよい。この場合、その下面の実装領域と配線パターンは、伝熱部材に対して絶縁されている。 Further, in the present invention, in the electronic device , the mounting region of the electronic component and the wiring pattern may be provided on the lower surface of the second insulating layer. In this case, the mounting area on the lower surface and the wiring pattern are insulated with respect to the heat transfer member.
また、本発明では、上記電子装置において、第1絶縁層と第2絶縁層とを貫通して、該両絶縁層にある配線パターンを接続する貫通導体をさらに備えてもよい。この場合、貫通導体は伝熱部材に対して絶縁されている。 Further, in the present invention, the electronic device may further include a through conductor which penetrates the first insulating layer and the second insulating layer and connects the wiring patterns in the both insulating layers. In this case, the through conductor is insulated with respect to the heat transfer member.
本発明では、上記電子装置において、放熱部材の上面に、プリント基板の前記第2絶縁層の下面に設けられた電子部品および配線パターン、並びに前記伝熱部材の前記凹状面の突出部を避ける窪みを設けるのが好ましい。 In the present invention, in the electronic device, in the upper surface of the heat dissipation member, an electronic component and a wiring pattern provided on the lower surface of the second insulating layer of the printed circuit board, and a recess avoiding the protrusion of the concave surface of the heat transfer member. Is preferably provided.
本発明では、上記電子装置において、プリント基板の前記実装領域、前記配線パターン、および前記伝熱部材と重ならない非重畳領域に貫通孔を設け、放熱部材の上面に第1台座とは別に、上方へ突出する第2台座を設け、第2台座はプリント基板の非重畳領域に接触し、貫通孔と連通するように第2台座に螺合孔を設け、螺合部材をプリント基板の上方から貫通孔へ貫通させて螺合孔に螺合することにより、放熱部材上にプリント基板を固定してもよい。 In the present invention, in the electronic device, through holes are provided in the mounting area of the printed circuit board, the wiring pattern, and a non-overlapping area not overlapping the heat transfer member, and the upper surface of the heat dissipation member is separated from the first pedestal. Providing a second pedestal projecting into the second pedestal, the second pedestal contacting a non-overlapping area of the printed circuit board, and providing a screwing hole in the second pedestal so as to communicate with the through hole; penetrating the screwing member from above the printed circuit board The printed circuit board may be fixed on the heat dissipation member by penetrating the hole and screwing the screw hole.
本発明によれば、プリント基板上に実装された電子部品で発生した熱を効率良く放熱するとともに、プリント基板の絶縁性能が損なわれるのを防止することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to efficiently dissipate the heat generated by the electronic component mounted on the printed circuit board and to prevent the insulation performance of the printed circuit board from being impaired.
以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一部分および対応する部分には同一符号を付している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same parts and corresponding parts are given the same reference numerals.
まず、実施形態のプリント基板10および電子装置100の構造を、図1〜図4を参照しながら説明する。
First, the structures of the printed
図1は、プリント基板10の上面にある上表層L1を示した図である。図2は、図1のA−A断面を示した図である。図3は、プリント基板10の内部にある内層L2、L3、L4を示した図である。図4は、プリント基板10の下面にある下表層L5を示した図である。なお、図1と図3は、プリント基板10の上方から見た状態を示し、図4は、プリント基板10の下方から見た状態を示している。また、各図では、便宜上、プリント基板10および電子装置100の一部のみ図示している。
FIG. 1 is a view showing the upper surface layer L1 on the upper surface of the printed
電子装置100は、たとえば電気自動車またはハイブリッドカーに搭載されるDC−DCコンバータから成る。電子装置100は、プリント基板10、電子部品9a〜9j、およびヒートシンク4から構成されている。
The
図2に示すように、プリント基板10は、上面と下面にそれぞれ表層L1、L5が設けられ、内部に複数の内層L2、L3、L4が設けられた多層基板である。プリント基板10には、第1絶縁層1、第2絶縁層2、メタルコア3、配線パターン5a〜5w、およびスルーホール6a〜6eなどが備わっている(図1、図3、および図4も参照)。
As shown in FIG. 2, the printed
第1絶縁層1は、高熱伝導性のプリプレグ1aから構成されている。高熱伝導性のプリプレグ1aは、たとえば、アルミナをエポキシに混ぜ込むなどして生成された、高熱伝導性と絶縁性を有するプリプレグである。第1絶縁層1は、所定の厚み(100μm程度)を有する平板状に形成されている。
The first insulating
外部に露出する第1絶縁層1の上面には、上表層L1が設けられている。図1に示すように、上表層L1には、電子部品9a〜9gの実装領域Ra〜Rgと配線パターン5a〜5iが設けられている。
An upper surface layer L1 is provided on the upper surface of the first insulating
配線パターン5a〜5iは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。配線パターン5a〜5iの一部は、電子部品9a〜9gをはんだ付けするランドとして機能する。
実装領域Ra、Rbには、FET(電界効果トランジスタ)9a、9bがそれぞれ実装される。実装領域Rcには、ディスクリート部品9cが実装される。実装領域Rd〜Rgには、チップコンデンサ9d〜9gがそれぞれ実装される。
FETs (field effect transistors) 9a and 9b are mounted on the mounting areas Ra and Rb, respectively.
FET9a、9bは、発熱量の多い表面実装型の電子部品である。FET9aのソース端子s1は、配線パターン5a上にはんだ付けされる。FET9aのゲート端子g1は、配線パターン5b上にはんだ付けされる。FET9aのドレイン端子d1は、配線パターン5c上にはんだ付けされる。FET9bのソース端子s2は、配線パターン5c上にはんだ付けされる。FET9bのゲート端子g2は、配線パターン5d上にはんだ付けされる。FET9bのドレイン端子d2は、配線パターン5eにはんだ付けされる。
The
ディスクリート部品9cは、図2に示すように、プリント基板10を貫通するリード端子t1、t2(図1)を備えた電子部品である。ディスクリート部品9cの本体部は、第1絶縁層1の上面に搭載される。ディスクリート部品9cの各リード端子t1、t2は、それぞれスルーホール6c、6dに挿入された後、はんだ付けされる。
The
チップコンデンサ9d〜9gは、表面実装型の電子部品である。図1に示すように、チップコンデンサ9dは、配線パターン5b、5h上にはんだ付けされる。チップコンデンサ9eは、配線パターン5e、5f上にはんだ付けされる。チップコンデンサ9fは、配線パターン5d、5i上にはんだ付けされる。チップコンデンサ9gは、配線パターン5e、5g上にはんだ付けされる。
The
図2に示すように、第2絶縁層2は、第1絶縁層1の下面に接するように設けられている。第2絶縁層2は、合成樹脂を含浸させた通常のプリプレグ2bの上下両面に、銅張積層板2aをそれぞれ接着することにより構成されている。通常のプリプレグ2bは、一般的なプリント基板の材料となるプリプレグのことである。銅張積層板2aは、ガラス繊維を含んだエポキシなどの合成樹脂から成る板材の上下両面に、銅箔を貼り付けたものである。このため、第2絶縁層2は、第1絶縁層1より厚みが厚い平板状に形成されていて、積層構造を有している。
As shown in FIG. 2, the second insulating
また、第2絶縁層2には、通常のプリプレグ2bと銅張積層板2aのコア(合成樹脂製)2cという、2種類の絶縁部分がある。これら絶縁部分2b、2cの材質は異なっていて、各絶縁部分2b、2cの厚みは第1絶縁層1の厚みと同等になっている。なお、他の例として、絶縁部分2b、2cの厚みが異なっていてもよい。
Further, the second insulating
第2絶縁層2の各銅張積層板2aの銅箔部分を用いて、第1絶縁層1と第2絶縁層2の間に内層L2が設けられ、第2絶縁層2内に内層L3、L4が設けられ、第2絶縁層2の下面に下表層L5が設けられている。
An inner layer L2 is provided between the first insulating
図3に示すように、内層L2〜L4には、配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’、5j”〜5n”が設けられている。各配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’、5j”〜5n”は、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。 As shown in FIG. 3, in the inner layers L2 to L4, wiring patterns 5j to 5n, 5j 'to 5n', 5j "to 5n" are provided. Each of the wiring patterns 5j to 5n, 5j 'to 5n', 5j "to 5n" is made of a copper foil having conductivity and thermal conductivity.
本例では、内層L2の配線パターン5j、5k、5l、5m、5nと、内層L3の配線パターン5j’、5k’、5l’、5m’、5n’と、内層L4の配線パターン5j”、5k”、5l”、5m”、5n”とは、それぞれ同形状になっている。他の例として、各内層L2、L3、L4の配線パターンの形状を異ならせてもよい。内層L2は、本発明の「第1内層」の一例であり、内層L3、L4は、本発明の「第2内層」の一例である。
In this example, the
図4に示すように、下表層L5には、電子部品9h〜9jの実装領域Rh〜Rjと配線パターン5o〜5wが設けられている。配線パターン5o〜5wは、導電性と熱伝導性を有する銅箔から成る。配線パターン5p、5q、5s、5t、5v、5wの一部は、電子部品9h〜9jをはんだ付けするランドとして機能する。
As shown in FIG. 4, mounting regions Rh to Rj of the
電子部品9h〜9jは、表面実装型のチップコンデンサである。チップコンデンサ9hは、配線パターン5p、5q上にはんだ付けされる。チップコンデンサ9iは、配線パターン5t、5s上にはんだ付けされる。チップコンデンサ9jは、配線パターン5v、5w上にはんだ付けされる。
The
図2に示すように、第2絶縁層2には、メタルコア3が埋設されている。メタルコア3は、第1絶縁層1の下面に接し、かつ上表層L1に設けられた複数の実装領域Ra、Rb、Rd、Rfや複数の配線パターン5a〜5e、5h、5i(図1)の全部または一部と上下に重なるように、広範囲に設けられている。つまり、メタルコア3は、第1絶縁層1により上側から覆われ、第2絶縁層2により全側方を覆われている。
As shown in FIG. 2, the
メタルコア3は、導電性と熱伝導性を有する銅などの金属から成る。メタルコア3は、図1および図4に示すように上方または下方から見ると矩形状に形成されている。
The
メタルコア3は、プレス機により金属板を厚み方向に打ち抜くことにより所定の形状に形成される。このため、図2に示すように、メタルコア3の厚み方向(図2で上下方向)に対して垂直な一方の外面3cは、その縁に曲面部(以下「ダレ」という)3dが形成された凸状面となる。また、メタルコア3の厚み方向に対して垂直な他方の外面3aは、その縁に突出部(以下「バリ」という)3bが形成された凹状面となる。
The
メタルコア3の凸状面3cは、第1絶縁層1の下面に接している。メタルコア3の凹状面3aおよびバリ3bは、第2絶縁層2の下面から露出している。メタルコア3は、本発明の「伝熱部材」の一例である。
The
メタルコア3の熱伝導率は、第1絶縁層1の熱伝導率より高くなっている。 第1絶縁層1の熱伝導率は、第2絶縁層2の熱伝導率より高くなっている。具体的には、たとえば、第2絶縁層2の熱伝導率が0.3〜0.5W/mK(mK:メートル・ケルビン)であるのに対して、第1絶縁層1の熱伝導率は3〜5W/mKである。また、メタルコア3を銅製にした場合、メタルコア3の熱伝導率は約400W/mKである。
The thermal conductivity of the
上表層L1において、メタルコア3の上方にある配線パターン5a〜5e、5h、5iおよび電子部品9a、9b、9d、9fと、メタルコア3との間には、第1絶縁層1が介在している。このため、配線パターン5a〜5e、5h、5iおよび電子部品9a、9b、9d、9fは、メタルコア3に対して絶縁されている。
The first insulating
各内層L2〜L4において、メタルコア3の近傍にある配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’、5j”〜5n”と、メタルコア3との間には、第2絶縁層2のプリプレグが介在している。このため、配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’、5j”〜5n”は、メタルコア3に対して絶縁されている。
In each of the inner layers L2 to L4, a prepreg of the second insulating
下表層L5において、メタルコア3の近傍にある配線パターン5o、5p、5r、5s、5uと、メタルコア3とは、所定の絶縁距離で離間している。このため、配線パターン5o、5p、5r、5s、5u、および配線パターン5p、5sに実装された電子部品9h、9iは、メタルコア3に対して絶縁されている。
In the layer L5 in the following table, the
スルーホール6a〜6eは、第1絶縁層1と第2絶縁層2と該両絶縁層1、2にある配線パターンを貫通している(図2)。各スルーホール6a〜6eの内面には、銅やはんだのめっきが施されている。スルーホール6a〜6eは、異なる層L1〜L5にある配線パターン同士を接続している。スルーホール6a〜6eとメタルコア3とは、絶縁層1、2により絶縁されている。スルーホール6a〜6eは、本発明の「貫通導体」の一例である。
The through
詳しくは、図1〜図4に示すように、スルーホール6aは、絶縁層1、2と上表層L1の配線パターン5aと内層L2〜L4の配線パターン5j、5j’、5j”と下表層L5の配線パターン5oとを貫通するように、複数設けられている。各スルーホール6aは、それら配線パターン5a、5j、5j’、5j”、5oを接続している。
Specifically, as shown in FIGS. 1 to 4, through
スルーホール6bは、絶縁層1、2と上表層L1の配線パターン5eと内層L2〜L4の配線パターン5m、5m’、5m”と下表層L5の配線パターン5sとを貫通するように、複数設けられている。各スルーホール6bは、それら配線パターン5e、5m、5m’、5m”、5sを接続している。
A plurality of through
スルーホール6cは、絶縁層1、2と上表層L1の配線パターン5eと内層L2〜L4の配線パターン5m、5m’、5m”と下表層L5の配線パターン5sとを貫通するように設けられている。スルーホール6cには、ディスクリート部品9cの一方のリード端子t1がはんだ付けされ、該リード端子t1と配線パターン5e、5m、5m’、5m”、5sを接続している。
The through
スルーホール6dは、絶縁層1、2と上表層L1の配線パターン5fと内層L2〜L4の配線パターン5n、5n’、5n”と下表層L5の配線パターン5rとを貫通するように設けられている。スルーホール6dには、ディスクリート部品9cの他方のリード端子t2がはんだ付けされ、該リード端子t2と配線パターン5f、5n、5n’、5n”、5rを接続している。
The through
スルーホール6eは、絶縁層1、2と上表層L1の配線パターン5hと内層L2〜L4の配線パターン5k、5k’、5k”と下表層L5の配線パターン5pとを貫通するように設けられている。スルーホール6eは、それら配線パターン5h、5k、5k’、5k”、5pを接続している。
The through
図2に示すように、プリント基板10の第2絶縁層2とメタルコア3の下方には、ヒートシンク4が設けられている。ヒートシンク4は、アルミニウムなどの金属製であり、プリント基板10で生じた熱を外部に放出して、プリント基板10を冷却する。ヒートシンク4は、本発明の「放熱部材」の一例である。
As shown in FIG. 2, a
ヒートシンク4の上面には、上方へ突出するように、第1台座4aと第2台座4bが形成されている。各台座4a、4bの上面は、プリント基板10の板面と平行になっている。プリント基板10の上方から見ると、図1に示すように、第1台座4aの面積はメタルコア3の面積より小さくなっている。
A
第2台座4bには、プリント基板10の厚み方向(図2で上下方向)と平行に、螺合孔4hが形成されている。各絶縁層1、2において、実装領域Ra〜Rjおよび配線パターン5a〜5wと重ならない非重畳領域Pには、貫通孔7が設けられている。プリント基板10の上方から見ると、図1に示すように、第2台座4bの面積は、各非重畳領域Pの面積より若干小さくなっている。また、第2台座4bの面積は、貫通孔7の面積より大きくなっている(図3および図4参照)。
Screwing
プリント基板10の下面の非重畳領域Pに、第2台座4bを接触させると、貫通孔7と螺合孔4hとが連通する。そして、ねじ8を第1絶縁層1の上方から貫通孔7へ貫通させて、螺合孔4hに螺合すると、図2に示すように、第2絶縁層2の下面に第2台座4bが固定される。このようなねじ止め箇所を複数設けることにより、ヒートシンク4上にプリント基板10が固定される。図1に示すように、ねじ8の頭部の面積は、非重畳領域Pの面積より小さくなっている。ねじ8は、本発明の「螺合部材」の一例である。
When the
図2に示すように、ヒートシンク4とプリント基板10の固定状態において、第1台座4aの上面は、メタルコア3の凹状面3aにおける、バリ3bより内側の領域に接触する。
As shown in FIG. 2, in the fixed state of the
第1台座4aの上面には、たとえば、高熱伝導性を有するサーマルグリス(図示省略)を塗布してもよい。これにより、第1台座4aの上面とメタルコア3の凹状面3aとの密着性が高められ、かつメタルコア3からヒートシンク4への熱伝導性が高められる。
For example, thermal grease (not shown) having high thermal conductivity may be applied to the upper surface of the
ヒートシンク4上の第1台座4aの周囲には、第2絶縁層2の下面に設けられた電子部品9h〜9jおよび配線パターン5o〜5w、並びにメタルコア3の凹状面3aのバリ3bを避けるために、窪み4cが設けられている。
In order to avoid the
次に、プリント基板10の製造方法を、図5Aおよび図5Bを参照しながら説明する。
Next, a method of manufacturing the printed
図5Aおよび図5Bは、プリント基板10の製造工程を示した図である。なお、図5Aおよび図5Bでは、便宜上、プリント基板10の各部を簡略化して示している。
5A and 5B are diagrams showing the manufacturing process of the printed
図5Aにおいて、2枚の銅張積層板2aのうち、一方の銅張積層板2aの上下両面にある銅箔をエッチング処理などして、内層L2、L3の配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’(図5Aおよび図5Bでは符号省略)を形成する。また、他方の銅張積層板2aの上面にある銅箔をエッチング処理などして、内層L4の配線パターン5j”〜5n”(図5Aおよび図5Bでは符号省略)を形成する(図5Aの(1))。
In FIG. 5A, copper foils on the upper and lower surfaces of one of the two copper clad
次に、各銅張積層板2aにメタルコア3を嵌入させるための貫通孔2hを形成する(図5Aの(2))。また、通常のプリプレグ2bにも、メタルコア3を嵌入させるための貫通孔2h’を形成する(図5Aの(3))。
Next, through
また、所定の厚みを有する高熱伝導性のプリプレグ1aと、該プリプレグ1aの上面に貼り付けるための所定の厚みを有する銅箔5を準備する(図5Aの(4))。
Also, a highly thermal
さらに、銅板などの金属板3’をプレス機11で切断加工して厚み方向に打ち抜くことにより、所定の形状のメタルコア3を形成する(図5Aの(5)、(5’))。その際、プレス機11の上型11uが当接する、メタルコア3の上面3aは、その縁にバリ3bが生じた凹状面となる。また、プレス機11の下型11dが当接する、メタルコア3の下面3cは、その縁にダレ3dが生じた凸状面となる。下面3cは、本発明における「一方の外面」に相当し、上面3aは、本発明における「他方の外面」に相当する。
Further, a
他の例として、金属板をワイヤーカットで所定の形状に切断加工することにより、メタルコアを形成してもよい。この場合も、メタルコアの厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁にダレが生じた凸状面となる。また、メタルコアの厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁にバリが生じた凹状面となる。 As another example, the metal core may be formed by cutting a metal plate into a predetermined shape by wire cutting. Also in this case, one outer surface perpendicular to the thickness direction of the metal core is a convex surface in which sagging has occurred on the edge. Further, the other outer surface perpendicular to the thickness direction of the metal core is a concave surface in which burrs are generated at the edge.
次に、図5Bの(6)に示すように、下から、一方の銅張積層板2aと通常のプリプレグ2bと他方の銅張積層板2aを順に積み重ねて、これらの貫通孔2h、2h’にメタルコア3を嵌入させる。このとき、一方の銅張積層板2aの下方から貫通孔2h、2h’に対して、メタルコア3を凸状面3cより挿入して行く。そして、それらの上に、高熱伝導性のプリプレグ1aと銅箔5を順に積み重ねた後、熱を加えながら上下方向(各部材の厚み方向)に圧着する。
Next, as shown in (6) of FIG. 5B, one copper-clad
これにより、各プリプレグ2b、1aの合成樹脂が溶融して、部材間の隙間に入り込み、各部材が接着され、第2絶縁層2と第1絶縁層1と内層L2〜L4が構成される(図5Bの(6’))。また、メタルコア3の凸状面3cが、第1絶縁層1の下面に接し、メタルコア3の全側面が第2絶縁層2に接する。さらに、メタルコア3の凹状面3aおよびバリ3bが、第2絶縁層2の下面から露出する。
As a result, the synthetic resin of each of the
次に、所定の箇所に孔をあけて、該孔の内面にめっきを施して、スルーホール6a〜6e(図5Bでは符号6の部分)を形成する(図5Bの(7))。次に、最上部にある銅箔5をエッチング処理などして、第1絶縁層1の上面に上表層L1の配線パターン5a〜5i(図5Bでは符号省略)を形成する。また、最下部にある銅箔をエッチング処理などして、第2絶縁層2の下面に下表層L5の配線パターン5o〜5w(図5Bでは符号省略)を形成する。(図5Bの(8))。このとき、両表層L1、L5に、電子部品の実装領域Ra〜Rj(図1、図4)も設ける。
Next, holes are made in predetermined places, and the inner surfaces of the holes are plated to form through
この後、露出している第1絶縁層1の上面、配線パターン5a〜5i、第2絶縁層2の下面、および配線パターン5o〜5wなどに対して、レジストやシルクなどの表面処理を施す(図5Bの(9))。そして、各絶縁層1、2の余分な端部を切断するなどして、外形を加工する(図5Bの(10))。以上により、プリント基板10が形成される。
Thereafter, the exposed upper surface of the first insulating
上記実施形態によると、プリント基板10の第2絶縁層2にメタルコア3を埋設し、メタルコア3の上方に第1絶縁層1と配線パターン5a〜5e、5h、5iを介して、電子部品9a、9b、9d、9fを実装している。また、メタルコア3のダレ3dが形成された凸状面3cを第1絶縁層1の下面に接触させ、メタルコア3のバリ3bが形成された凹状面3aを第2絶縁層2の下面から露出させている。そして、メタルコア3の凹状面3aに、ヒートシンク4の第1台座4aの上面を接触させている。
According to the above embodiment, the
このため、メタルコア3の凸状面3cを第1絶縁層1に密着させて、電子部品9a、9b、9d、9fで発生した熱を、配線パターン5a〜5e、5h、5iと第1絶縁層1を介してメタルコア3へ伝え易くすることができる。そして、その熱を、メタルコア3の凹状面3aからヒートシンク4に伝えて、ヒートシンク4から外部へ効率良く放熱することができる。
For this reason, the
また、メタルコア3のバリ3bがプリント基板10の外側へ向けて配置されるので、該バリ3bにより第1絶縁層1が損傷することはない。その結果、プリント基板10上の電子部品9a、9b、9d、9fや配線パターン5a〜5e、5h、5iと、メタルコア3とを絶縁する第1絶縁層1の絶縁性能が損なわれるのを防止することができる。
In addition, since the
また、メタルコア3と第2絶縁層2の上面に、第1絶縁層1を設けているので、メタルコア3と絶縁した状態で、メタルコア3の上方に複数の電子部品9a、9b、9d、9fを容易に実装することができる。また、複数の配線パターン5a〜5e、5h、5iもメタルコア3と絶縁した状態で、メタルコア3の上方に容易に形成することができる。このため、プリント基板10の上面に電気回路を容易に形成して、プリント基板10の実装密度を高めることが可能となる。また、複数の電子部品9a、9b、9d、9fで発生した熱を、第1絶縁層1とメタルコア3を介してヒートシンク4に伝えて、一括して効率よく放熱することができる。
Further, since the first insulating
また、上記実施形態では、第1絶縁層1の熱伝導率は第2絶縁層2の熱伝導率より高く、メタルコア3の熱伝導率は第1絶縁層1の熱伝導率より高くなっている。このため、メタルコア3の上方に実装された電子部品9a、9b、9d、9fで発生した熱を、第1絶縁層1を介してメタルコア3に伝え易くすることができる。そして、第2絶縁層2から露出するメタルコア3の凹状面3aから、ヒートシンク4に熱を伝えて、ヒートシンク4から外部へ一層効率よく放熱することができる。
In the above embodiment, the thermal conductivity of the first insulating
また、上記実施形態では、第1絶縁層1と第2絶縁層2の間にある内層L2と、第2絶縁層2の内部にある内層L3、L4とに、それぞれ配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’、5j”〜5n”が設けられている。そして、これら配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’、5j”〜5n”は、絶縁層1、2によりメタルコア3に対して絶縁されている。このため、第1絶縁層1の上面に実装された電子部品9a〜9gで発生した熱を、第1絶縁層1やメタルコア3に伝えた後、内層L2〜L4の配線パターン5j〜5n、5j’〜5n’、5j”〜5n”によって、プリント基板10全体に拡散することができる。また、第2絶縁層2の貫通孔2h、2h’にバリ3bがない凸状面3c側からメタルコア3を嵌入させることで、該嵌入時に、バリ3bによって第2絶縁層2の貫通孔2h、2h’の側壁部分が損傷することはなく、第2絶縁層2の絶縁性能が損なわれるのを防止することができる。
In the above embodiment, the wiring patterns 5j to 5n and 5j are respectively formed on the inner layer L2 between the first insulating
また、上記実施形態では、第2絶縁層2の下面に、電子部品9h〜9jの実装領域Rh〜Rjと配線パターン5o〜5wが設けられている。また、それら電子部品9h〜9jと配線パターン5o〜5wは、メタルコア3に対して絶縁されている。このため、上面の電子部品9a〜9gで発生してプリント基板10全体に拡散した熱や、下面の電子部品9h〜9jで発生した熱を、プリント基板10の下方へ放熱することができる。また、プリント基板10の下面にも電気回路を容易に形成して、プリント基板10の実装密度を一層高めることができる。さらに、メタルコア3のバリ3bがある凹状面3aが、第2絶縁層2の下面から露出していても、第2絶縁層2の下面の電子部品9h〜9jや配線パターン5o〜5wと、メタルコア3とを確実に絶縁することができる。
In the above embodiment, mounting areas Rh to Rj of the
また、上記実施形態では、第1絶縁層1の上面と第2絶縁層2の内部や下面に設けられた配線パターン5a、5e、5f、5h、5j、5k、5m、5n、5j’、5k’、5m’、5n’、5j”、5k”、5m”、5n”、5o、5p、5r、5sを、スルーホール6a〜6eにより接続している。このため、プリント基板10の上面において、電子部品9a〜9gで発生して配線パターン5a、5e、5f、5hに伝わった熱を、スルーホール6a〜6eを介して内部の配線パターン5j、5k、5m、5n、5j’、5k’、5m’、5n’、5j”、5k”、5m”、5n” に伝えて、プリント基板10全体に拡散することができる。また、下面の配線パターン5o、5p、5r、5sにも熱を伝えて、該配線パターン5o、5p、5r、5sの表面から下方へ放熱したり、メタルコア3とヒートシンク4を介して放熱したりすることができる。また、スルーホール6a〜6eをメタルコア3と上下に重ならない位置に設けているので、スルーホール6a〜6eとメタルコア3とを絶縁層1、2により絶縁することができる。
Further, in the above embodiment, the
また、たとえば図7に示すように、台座を有しない平坦なヒートシンク54の上面に伝熱部材53を載置しようとすると、伝熱部材53がバリ53bによりヒートシンク54上に支持されて、凹状面53aのバリ53bより内側の領域と、ヒートシンク54の上面との間に隙間55が生じる。このため、伝熱部材53の上方にある電子部品59で発生した熱が、絶縁層51を経由した後、伝熱部材53からヒートシンク54に伝わり難くなり、放熱性能を損なってしまう。
For example, as shown in FIG. 7, when the
然るに、上記実施形態では、図2に示したように、メタルコア3の凹状面3aのバリ3bより内側の領域に、ヒートシンク4の第1台座4aの上面が接触するので、メタルコア3と第1台座4aの間に隙間が生じない。このため、メタルコア3の上方にある電子部品9a、9b、9dなどで発生した熱を、第1絶縁層1を経由させた後、メタルコア3からヒートシンク4に伝え易くして、効率良く放熱することができる。
However, in the above embodiment, as shown in FIG. 2, the upper surface of the
また、上記実施形態では、ヒートシンク4上に窪み4cを設けて、第2絶縁層2の下面に設けられた電子部品9h〜9jおよび配線パターン5o〜5w、並びにメタルコア3の凹状面3aのバリ3bとの干渉を避けている。このため、電子部品9h〜9jおよび配線パターン5o〜5wを、ヒートシンク4に対して絶縁することができる。また、バリ3bがヒートシンク4に接しなくなるので、メタルコア3とヒートシンク4との間に隙間が生じず、放熱性能が損なわれるのを防止することができる。
In the above embodiment, the
さらに、上記実施形態では、プリント基板10の実装領域Ra〜Rj、配線パターン5a〜5w、およびメタルコア3と重ならない非重畳領域Pに、ヒートシンク4の第2台座4bの上面を接触させて、第2台座4bに対してプリント基板10をねじ止めしている。このため、プリント基板10に設けられた電子部品9a〜9j、配線パターン5a〜5w、およびスルーホール6a〜6eとヒートシンク4とを絶縁しつつ、ヒートシンク4上にプリント基板10を固定することができる。
Furthermore, in the above embodiment, the upper surface of the
本発明では、以上述べた以外にも、種々の実施形態を採用することができる。たとえば、図2においては、説明の便宜上、バリ3bとダレ3dが実際のものより誇張して描かれているが、バリ3bとダレ3dは、目視できるほど大きなものだけに限らず、目視できないほど微小なものであってもよい。
In the present invention, various embodiments can be adopted other than those described above. For example, in FIG. 2, for convenience of explanation, the
また、以上の実施形態では、プリント基板10の第1絶縁層1の上面と第2絶縁層2の内部や下面にある配線パターンを導通させるために、スルーホール6a〜6eを設けた例を示したが、本発明はこれのみに限定するものではない。これ以外に、たとえば、銅製の端子やピンなどの導体を、プリント基板を貫通するように設けて、異なる層の配線パターン同士を接続してもよい。
Further, in the above embodiment, in order to electrically connect the upper surface of the first insulating
また、以上の実施形態では、上方から見たときのメタルコア3の形状を矩形状にした例を示したが、これに限らず、発熱する電子部品の配置位置や形状に合わせて、上方から見たときのメタルコアの形状は、任意の形にすることができる。
In the above embodiments, the
また、以上の実施形態では、放熱部材として、ヒートシンク4を用いた例を示したが、これに代えて、空冷式や水冷式の放熱器、または冷媒を用いた放熱器などを用いてもよい。また、金属製の放熱部材だけでなく、熱伝導性の高い樹脂で形成された放熱部材を用いてもよい。
Moreover, although the example which used the
また、以上の実施形態では、螺合部材としてねじ8を用いた例を示したが、これに代えて、ビスやボルトなどを用いてもよい。また、他の固定具によりプリント基板の下方に放熱部材を取り付けてもよい。
Moreover, although the example which used the
また、以上の実施形態では、2つ表層L1、L5と3つの内層L2〜L4が設けられたプリント基板10に本発明を適用した例を挙げたが、本発明は、上面にだけ配線パターンなどの導体が設けられた単層のプリント基板や、2層以上に導体が設けられたプリント基板にも適用することができる。
Moreover, although the example which applied this invention to the printed
さらに、以上の実施形態では、電子装置100として、電気自動車やハイブリッドカーに搭載されるDC−DCコンバータを例に挙げたが、本発明は、プリント基板と、発熱する電子部品と、放熱部材とを備えた、他の電子装置にも適用することができる。
Furthermore, in the above embodiments, a DC-DC converter mounted on an electric car or a hybrid car has been described as an example of the
1 第1絶縁層
2 第2絶縁層
3 メタルコア(伝熱部材)
3’ 金属板
3a 凹状面
3b バリ(突出部)
3c 凸状面
3d ダレ(曲面部)
4 ヒートシンク(放熱部材)
4a 第1台座
4b 第2台座
4c 窪み
4h 螺合孔
5a〜5i 上表層の配線パターン
5j〜5n、5j’〜5n ’、5j”〜5n” 内層の配線パターン
5o〜5w 下表層の配線パターン
6a〜6e スルーホール(貫通導体)
7 貫通孔
8 ねじ(螺合部材)
9a、9b FET(電子部品)
9c ディスクリート部品(電子部品)
9d〜9j チップコンデンサ(電子部品)
10 プリント基板
100 電子装置
L2 内層(第1内層)
L3、L4 内層(第2内層)
P 非重畳領域
Ra〜Rj 実装領域
1 first insulating
3 '
3c
4 Heat sink (heat dissipation member)
4a
7 through
9a, 9b FET (Electronic Component)
9c Discrete parts (electronic parts)
9d to 9j Chip Capacitors (Electronic Components)
10 printed
L3, L4 inner layer (second inner layer)
P non-overlap area Ra to Rj implementation area
Claims (7)
前記プリント基板は、
上面に前記電子部品の実装領域と配線パターンが設けられた第1絶縁層と、
前記第1絶縁層の下面に接するように設けられた第2絶縁層と、
前記実装領域と上下に重なるように前記第2絶縁層に埋設された伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材は、金属板を切断加工することにより所定の形状に形成され、
前記伝熱部材の厚み方向に対して垂直な一方の外面は、その縁に曲面部が形成された凸状面であって、前記第1絶縁層の下面に接し、
前記伝熱部材の前記厚み方向に対して垂直な他方の外面は、その縁に突出部が形成された凹状面であって、前記第2絶縁層の下面から露出し、
前記放熱部材の上面に、上方へ突出する第1台座が設けられ、
前記第1台座は、前記伝熱部材の前記凹状面における、前記突出部より内側の領域に接触する、ことを特徴とする電子装置。 An electronic device comprising: a printed circuit board on which an electronic component that generates heat is mounted; and a heat dissipation member provided below the printed circuit board,
The printed circuit board is
A first insulating layer in which the electronic component mounting region and the wiring pattern is provided on the upper surface,
A second insulating layer provided in contact with the lower surface of the first insulating layer;
And a heat transfer member embedded in said second insulating layer so as to overlap vertically with the mounting region,
The heat transfer member is formed into a predetermined shape by cutting a metal plate,
One outer surface perpendicular to the thickness direction of the heat transfer member is a convex surface having a curved surface portion formed at an edge thereof, and is in contact with the lower surface of the first insulating layer,
The other outer surface perpendicular to the thickness direction of the heat transfer member is a concave surface having a protrusion formed at an edge thereof and exposed from the lower surface of the second insulating layer .
A first pedestal projecting upward is provided on the top surface of the heat dissipation member,
The electronic device according to claim 1, wherein the first pedestal is in contact with a region on the concave surface of the heat transfer member that is inside the protrusion .
前記第1絶縁層の熱伝導率は、前記第2絶縁層の熱伝導率より高く、
前記伝熱部材の熱伝導率は、前記第1絶縁層の熱伝導率より高い、ことを特徴とする電子装置。 In the electronic device according to claim 1 ,
The thermal conductivity of the first insulating layer is higher than the thermal conductivity of the second insulating layer,
The thermal conductivity of the heat transfer member is higher than the thermal conductivity of the first insulating layer, an electronic device, characterized in that.
前記第2絶縁層は積層構造を有し、
前記第1絶縁層と前記第2絶縁層の間にある第1内層と、前記第2絶縁層の内部にある第2内層とに、それぞれ配線パターンが設けられ、
前記第1内層および前記第2内層の前記配線パターンは、前記伝熱部材に対して絶縁されている、ことを特徴とする電子装置。 In the electronic device according to claim 1 or 2 ,
The second insulating layer has a laminated structure,
Wiring patterns are provided on a first inner layer between the first insulating layer and the second insulating layer, and a second inner layer inside the second insulating layer, respectively.
The said wiring pattern of a said 1st inner layer and a said 2nd inner layer is insulated with respect to the said heat-transfer member, The electronic device characterized by the above-mentioned.
前記第2絶縁層の下面に、電子部品の実装領域と配線パターンが設けられ、
前記第2絶縁層の下面の前記実装領域と前記配線パターンは、前記伝熱部材に対して絶縁されている、ことを特徴とする電子装置。 The electronic device according to any one of claims 1 to 3 .
A mounting area of the electronic component and a wiring pattern are provided on the lower surface of the second insulating layer,
The said mounting area | region of the lower surface of the said 2nd insulating layer and the said wiring pattern are insulated with respect to the said heat-transfer member, The electronic device characterized by the above-mentioned.
前記第1絶縁層と前記第2絶縁層とを貫通して、該両絶縁層にある前記配線パターンを接続する貫通導体をさらに備え、
前記貫通導体は、前記伝熱部材に対して絶縁されている、ことを特徴とする電子装置。 In the electronic device according to claim 4 ,
The semiconductor device further includes a through conductor penetrating the first insulating layer and the second insulating layer and connecting the wiring patterns in the both insulating layers.
The said penetration conductor is insulated with respect to the said heat-transfer member, The electronic device characterized by the above-mentioned.
前記放熱部材の上面に、前記プリント基板の前記第2絶縁層の下面に設けられた電子部品および配線パターン、並びに前記伝熱部材の前記凹状面の前記突出部を避ける窪みを設けた、ことを特徴とする電子装置。 The electronic device according to any one of claims 1 to 5 .
An electronic component and a wiring pattern provided on the lower surface of the second insulating layer of the printed circuit board, and a recess for avoiding the protrusion of the concave surface of the heat transfer member are provided on the upper surface of the heat dissipation member. Electronic device characterized by
前記プリント基板の前記実装領域、前記配線パターン、および前記伝熱部材と重ならない非重畳領域に貫通孔を設け、
前記放熱部材の上面に前記第1台座とは別に、上方へ突出する第2台座を設け、
前記第2台座は、前記プリント基板の前記非重畳領域に接触し、
前記貫通孔と連通するように前記第2台座に螺合孔を設け、
螺合部材を前記プリント基板の上方から前記貫通孔へ貫通させて前記螺合孔に螺合することにより、前記放熱部材上に前記プリント基板を固定した、ことを特徴とする電子装置。 The electronic device according to any one of claims 1 to 6 .
Through holes are provided in the mounting area of the printed circuit board, the wiring pattern, and a non-overlapping area not overlapping the heat transfer member.
A second pedestal protruding upward is provided on the upper surface of the heat dissipation member separately from the first pedestal,
The second pedestal contacts the non-overlapping area of the printed circuit board,
A screwing hole is provided in the second base so as to communicate with the through hole,
An electronic device characterized in that the printed circuit board is fixed on the heat dissipation member by penetrating a screwing member from above the printed circuit board to the through hole and screwing the screwed hole into the screwed hole;
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